浅议三角板高程放样法及应用

胡勤虎

（兰州市政建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730070）

0 引 言

测绘学有着悠久的历史。测绘技术起源于社会的生产需求，随着社会的进步而不断向前发展。作为工程测量学分支的高程测量技术及其放样方法也是随着我国经济建设和国防建设的快速发展而不断向前发展的。高程放样和测量方法随着测量仪器的发展先后出现了水准管高程放样法、水准仪直接放样法、钢尺法、全站仪棱镜法、三角高程测量法、三维激光扫描法、摄影测量法、RS 等传统及现代高程测量方法和放样技术［1］。这些测量方法和技术都很好地解决了工程建设控制网的建设、地形图测绘及工程竣工后的运营监测及设备就位等测量工作，而唯一没有得到解决的问题是工程建设进入施工建设阶段后的高程放样工作，传统的高程放样方法未能解决实时快速提供高程的需求，对高程放样来说精度很高的水准仪适用于地形坡度＜ 8 ℃ 的地区，而且其放样受到前后视距的限制，当两点之间的距离小于 20 m 或交通不能完全封闭的环境下水准仪的缺陷是显而易见的，对于 RTK 来说虽然能够快速提供高程，但其高程精度在路面工程中无法满足，三角板放样高程法就是在这种情况下产生的，其很好地解决了高程放样中的盲区，使得施工建设中的高程放样不受时间、气候、信号、坡度及短距离范围的影响而进行高程的快速放样工作。

三角板加密高程在路面工程特别是在沥青混凝土路面工程中，由于沥青混凝土路面的短、频、快等施工特点，三角板快速灵活的高程放样方法使得其在加快施工进度、保证路面工程质量方面的优势显示的淋漓尽致。

1 高程放样概念及三角板的结构原理

1.1 高程放样的概念

高程放样法就是把设计图纸中的高程按照设计要求、以一定的精度在实地标定出来，作为施工的依据。高程放样的主要方法有水准测量的方法、三角高程测量等主要方法。高程放样时首先要在测区内布设一定精度的高程控制点作为高程放样的基准点，然后根据设计高程在实地标定出放样点的高程位置。高程位置的标定措施可根据工程要求及现场条件确定，路基及路面工程一般采用木桩标定放样高程的位置，也可在路面上用红油漆作记号标定。

1.2 三角板构造概述（见图1）

图1 三角板结构示意图（单位：mm）

可调三角板的构造为竖杆是 3 mm 厚、长 80 mm、宽 40 mm、高度为 500 mm 长的长方形轻质空心铝合金，其内部嵌套有同样材质的铝合金，并可在竖直方向上能够自由伸缩，伸缩的目的是为了更好地调整路面坡度有变化或遇到路面横坡时的高程加测，竖杆外立面中部有内部竖杆调整后的锁定装置，并且在竖杆上有刻划至毫米的刻度，以便在路面标高变化时快速调整，竖直杆内装有竖直方向的水准气泡，以便放样时使竖杆严格处于铅垂状态，在竖直杆底部安装有耐磨不粘油的轻质铁板。三角板水平部分为 300 mm 长的同样材质的铝合金，其中间位置装有水准气泡，以便放样时三角板的水平杆处于水平状态，这样就保证了两个标准点上的三角板所提供的视线是一条直线，为了能更加清晰地观测，在三角板水平杆侧面涂刷了光泽鲜亮的反光漆，三角板水平杆部分安装有激光投点器，以便在夜间施工光线不好时利用激光的直线传播调整待放样位置三角板的高度。

1.3 三角板放样标高的原理

三角板是利用水平杆处于水平状态，竖直杆严格处于垂直状态，将已知高程点处的两个三角板利用其上的刻度调整至同一高度，也就是将三角板严格进行对中、整平的情况下，在观测者进行观测时就提供了一条水平视线，修整路面的标高或调整中间待放样点处三角板的高度，使三角板顶面与前两个三角板处于同一视线上，则三角板竖直杆底所在的位置就是所加密点处的标高，或中间三角板的所调整的值就是待加密点处的填、挖值。

2 三角板放样程序及应用

2.1 放样程序

使用三角板的基本操作包括安置三角板、对中、瞄直、整平和读数（调整）等步骤［2］。

1）安置三角板。安置三角板前将其调整至等高，然后将其中 2 个三角板安置在已知高程点上，另外一个三角板安置在待放样的位置处。

2）对中。将已知高程点处三角板的竖杆底部中心凸出部分对准已知点的标记中心。

3）瞄直。利用竖杆的水准气泡将三角板的竖杆调整到垂直状态，观测者指挥中间待放样三角板移动，直至 3 个竖杆在一条线上。

4）整平。利用三角板水平杆的水准气泡将三角板严格整平。

5）读数或调整。两已知点处的任意一个观测者进行观测或读数，调整三角板（三角板竖杆高度变化）进行读数（竖杆刻度变化值）或在原地面修整原路面（三角板竖杆高度不变）使三角板的顶面在同一个平面内。夜间施工则打开激光投点器使待接收激光的顶面与三角板相切，其它步骤与前面相同。

2.2 三角板的具体应用

虽然在工程建设三阶段中已经布设了高程控制点，但这些高程控制点还远远不能满足施工的要求，在施工放样前还要进一步将这些高程控制点加密到间隔为10、5、3 m 甚至更小间距的点。放样前只要利用水准仪将控制点加密至 100 m 以内，三角板便可利用三点一线的原理在这些基准点之间加密放样任意间距的高程点。

1）坡度无变化的放样。放样方法同 2.1 节（见图2）。

图2 三角板现场应用图

2）对横坡（或纵坡有变坡）放样方法。如果道路两侧路肩已成型，即路面标高已经确定，要放样路中的相对标高，根据半幅路宽，横坡推算路中与路边的高差值 Δh，放样时在 3 个三角板等长度的情况下，两固定点的三角板长度不变，将路中三角板的长度缩短 Δh，然后锁定，人工观测使 3 个三角板顶面处于同一个平面内，此时中间三角板竖直杆底面的位置即为待放样的标高。

3）市政道路以路缘石顶面标高为基准的放样方法（见图2）。市政道路中当两侧路缘石标高已定的情况下，要放样出路中的横坡，如果路缘石比待施工的路面高 Δh1，根据半幅路宽及横坡，路中与路面高差为 Δh2，所以基准点三角板与待放样点三角板相对高差为 Δh= Δh1- Δh2，在 3 个三角板同长的情况下，将其中 2 个三角板置于路缘石顶面，中间待放样的三角板伸长 Δh 或使两边三角板缩短值与待放样点三角板的缩短值之和为 Δh，调整完成后进行观测，此时三角板竖直杆底面所在的位置即为所放样的高程。

4）已知填挖数据高程桩的放样方法。公路工程及市政道路工程的路基整平作业中，为了使测量控制点不被破坏，经常将控制点设在施工范围以外，技术员以交底的方式将里程桩位置的填挖数值交给施工作业班组，利用三角板放样时同样将 3 个三角板调整至等长，放置在基准点上的 2 个三角板根据交底数据的填挖高度进行伸长或缩短相应高度的数值，此时将两基准点上的三角板调整至设计位置，然后根据路面宽度及纵横坡度计算待放样点与基准点的高差值 Δh，将三角板的长度调整 Δh，然后锁定，同理可得三角板竖直杆底面所在的位置即为待放样的标高。

2.3 工程案例

三角板在路基及路面工程中放样方法的实质都是将其中 2 个三角板安装在高程已知的控制点上，其具体位置根据待放样点的需求和已知点的位置而定，比如在足球场和各种类型十字路口中的应用。

2.3.1 三角板在足球场施工中的应用

西北师范大学维修改造工程总面积约 27 000m2，施工内容为基层为 20 cm 厚 5 % 水泥稳定碎石，下面层部分为 5 cm 厚（AC-20）沥青混凝土，上面层为 3 cm 厚细粒式（AC-10）沥青混凝土，足球场顶面层为 4 cm 厚人工草坪，坡度 0.4 %，跑道（坡度 0.8 %）及辅助区部分（坡度变化）为 13 mm 厚塑胶。如果用传统的测量仪器水准仪放样高程，则放样时既要测量距离，又要根据高差推算坡度，最后再根据本次施工的宽度推算施工边线处的高程，相对来说测量的程序很繁杂，而且这种测量方法影响了施工进度，一定程度上给施工现场的安全管理工作带来了隐患。而采用三角板放样就解决了传统测量加密高程的难题，特别是在足球场半圆区、辅助区及坡度不断变化的断面处其加密优势显得更为突出。放样半圆区时由于排水沟盖板标高已定，半圆圆心的标高用水准仪测设或用三角板放样（计算出圆心与盖板的标高差（Δh），将活动三角板伸长 Δh或将两盖板处的三角板缩短 Δh，人工观测就可放样出圆心的标高，同理放样辅助区时将其中的一个三角板放置于跑道边线处，另外一个三角板放在辅助区的外围边线处，将活动三角板放在需要放样的高程位置处，经观测就可放样出待放样点的标高。

2.3.2 三角板在交叉路口灵活应用

市政工程十字路口的施工往往是施工中的重点和难点，十字路口顺接不畅，经常会出现积水现象，特别是在市政整治工程的施工中，由于道路无法全封闭施工，而且交叉路口的高程设计通常采用等高线的方法进行竖向设计，同时要考虑各个路口的正确顺接。采用水准仪放样其程序很繁杂。而采用三角板的放样方案，只要将其中的一个三角板放置于十字中心高点处（高程已知），将另外一个三角板放置于与施工位置相垂直的路缘石处，活动的三角板放置于需要施工的位置处，根据路面与路缘石的高差及需要施工的结构层，调整活动的三角板或固定位置的三角板直接观测即可放样出施工位置处的标高。

3 技术创新点

1）利用三点一线原理提供了一条基准线制成的三角板高程放样仪器，在竖直面内从 150～600 mm 范围内都可灵活调节出高差值。纵横向水准气泡可使三角板严格处于水平和铅垂状态。

2）利用三角板可实现路面所需高程的快速加密，可实现全天候实时作业，解决了传统水准测量的量距及坡度推算程序多和现代测量所提供的高程精度不足的缺陷。

3）解决了传统拉线绳产生挠度及水准仪无法在短距离、交通复杂环境条件下快速提供施工加密高程点的缺陷。

4）用带有激光投点器的可调三角板很好地解决了夜间施工高程放样的难题。

5）无计算及误差处理等室内计算，简化了放样程序，加快了施工进度。

4 三角板与传统高程放样的指标对比

三角板与其它方法提供基准施工后的路面平整度及高程对比分析表（见表1）。

通过以上具体实测数据可以得出，利用三角板法加密路面标高后路面的整体平整度精度比使用拉线法提高了 20.1 %，高程精度指标提高了 23 %，平整度的精度比使用水准仪法提高了 14.8 %，高程精度指标比使用水准仪提高了 14.5 %。

5 结 语

三角板高程放样法是伴随着测绘技术的发展而出现的一种新型的施工测绘设备，三角板和水准仪的配合很好地解决了市政道路十字路口、规划路口顺接、体育场、旧路面整治等工程的高程快速加密。在沥青混凝土路面的机械化施工中由于其施工高效、快速的特点，如果三角板和可调支架配合使用，提供机械化施工摊铺基准，将很大地提高路面的工作效率和工程质量，减少材料浪费并极大地降低工程成本，适应了国家节能环保绿色的施工要求，具有良好的经济和社会效益及很好的推广及应用价值。Q

表1 平整度对比表